Detección homodina condicionada de fluorescencia resonante

Una forma de conocer las propiedades de un átomo (u otro material) es mediante su fluorescencia, la luz que emite tras ser excitado a niveles de mayor energía. La información que se obtiene consiste usualmente en conocer intensidades, frecuencias y anchuras de la fluorescencia del átomo. La excitación de un átomo por un láser permite la excitación selectiva de una transición entre dos niveles de energía y, con ello, obtener notables mejoras en la precisión de las mediciones sobre la transición. A la emisión espontánea1 de luz mientras el átomo es iluminado se le denomina Fluorescencia Resonante (FR). La FR es una de las principales herramientas de diagnóstico en espectroscopia láser, aplicada en enfriamiento de átomos con láseres, mediciones de alta precisión para relojes atómicos y determinación de constantes fundamentales, así como en la óptica cuántica, donde es de crucial interés conocer las propiedades estadísticas de la luz emitida. La óptica cuántica moderna nace con la invención del láser en 1960, y una de sus primeras tareas fue determinar las propiedades estadísticas de la luz del láser y sus mecanismos fundamentales de generación. Uno de los primeros grandes triunfos de la nueva disciplina fue la Teoría Cuántica de la Coherencia Óptica (TCCO), abanderada por Roy J. Glauber en 1963, y a quien se le reconoció con el Premio Nobel de Física en 2005 [1], ver Fig. 1.1. Uno de los elementos centrales de dicha teoría es el estado coherente, el estado cuántico de la luz más cercano al campo coherente clásico de amplitud y frecuencia ja del campo Electromagnético (EM). La TCCO reconoce que todo campo EM tiene fluctuaciones. El estado coherente, para empezar, es un campo cuyas fluctuaciones en amplitud y fase son iguales entre sí, y cumplen una relación de incertidumbre. Además, los campos EMs con otras propiedades estadísticas se describen como superposiciones de estados coherentes. Se sentaban, entonces, las bases para el estudio de las fluctuaciones de la luz en diferentes estados producidos por cualquier tipo de emisor.